[发明专利]基于LED通信的工业现场数据采集与控制方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于LED通信与物联网技术领域，涉及一种基于LED通信的工业现场数据采集与控制方法及系统。

背景技术

随着我国工业化水平的提高，人们越来越多地将信息技术应用到工业现场以提高数据采集系统测量精度和实时监控水平。目前工业现场数据传输通常采用以太网、CAN总线、无线通信等技术，但是，由于工业现场所处环境具有复杂性，如煤矿、油田采集现场对电磁波敏感，上述系统存在安全隐患。

LED具有功耗低、寿命长、尺寸小、无污染等优点被视为第四代节能环保型产品。同时基于LED的可见光通信具有通信速率高、容量大、灵敏度高、无电磁干扰等优点，基于LED通信的数据采集和智能控制系统可以达到高通信速率、低误码率、高可靠性、智能化等优点，不仅可应用于一般工业现场的实时监控，而且可应用于煤矿、油田采集现场等对电磁波特别敏感的复杂场所，是一种新的无线光通信技术。

本发明基于LED通信的工业现场数据采集和控制系统，充分利用工业现场的照明设施——LED光源，提出将LED通信系统的发射端与各类测量传感器进行封装成传感节点，由多传感节点放置在工业现场构成传感网络，完成对工业现场设备运行状态和环境参数的数据采集；系统利用LED通信传输控制信号，例如利用语音信号对工业现场设备进行实时监控，达到智能控制、安全高效的运行目的。同时本发明提出的基于LED通信的工业现场数据采集和控制系统也为物联网应用提供了一种新的技术手段与实现方式。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于LED通信的工业现场数据采集与控制系统，该系统利用LED通信将传感器采集到的数据信息发送到终端，完成数据采集；通过LED传输控制信息，对工业现场设备进行监控，以期达到提高自动化水平的目的。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于LED通信的工业现场数据采集与控制方法，包括以下步骤：

步骤一：将工业现场各类传感器与LED通信系统的发射端进行封装，构成传感探头；

步骤二：传感器完成对现场数据的采集，发射端将采集到数据信息通过LED光源发射出去；

步骤三：采集到的数据经过自由空间的传输到达LED通信系统的接收端，最终将采集到的数据信息发送到数据终端，完成工业现场数据信息采集；

步骤四：获取控制信息，将控制信息指令命令经过A/D转换、采样、去噪处理后作为LED驱动电路的输入信号；

步骤五：利用步骤四中的LED驱动电路输入信号驱动LED发光，发送控制信息；

步骤六：通过LED通信系统将控制信息从终端传输到执行机构，驱动执行机构的运转。

本发明还提供了一种基于LED通信的工业现场数据采集与控制系统，包括采集系统和控制系统；

所述采集系统包括：传感系统、模拟/数字信号调理电路、数据采集器、LED驱动电路、LED通信系统、数据终端；

所述传感系统由工业现场各类传感器与LED通信系统的发射端进行封装组成，传感器完成对现场数据的采集；

所述模拟/数字信号调理电路位于传感系统的后面，将传感系统采集到的信号转换为电信号；

所述数据采集器以微处理器为核心，完成对模拟前端功能的数据输入，即通过LED驱动电路驱动LED发光完成数据采集；

所述LED通信系统将数据采集器采集的数据通过LED驱动电路，将信息调制到LED光源上，通过LED的明暗闪烁将数据信息发送到数据终端；

所述数据终端将经LED通信系统传输的数据进行处理、显示和信息保存。

进一步，所述控制系统包括LED驱动电路、LED通信系统、驱动电路、执行机构；

所述LED驱动电路用于完成对语音控制命令的变换，驱动LED发光；

所述LED通信系统用于完成对语音控制命令的传送；

所述驱动电路不同于LED驱动电路，前端与LED通信系统连接时，需要做隔离电路，完成通过LED通信系统传输的语音命令的转换，将信号转换为驱动后续执行机构运转的输入信号；

所述执行机构包括电动机、电磁阀、空调和电灯等，根据工业现场具体情况选择与布置。

进一步，所述LED通信系统使用多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput，MIMO)技术和正交频分复用技术(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)进行结合的方案，采用强度调制/直接检测系统可以准确的恢复出原始的数据信号；